活性炭催化臭氧氧化－生物活性炭净化水中污染物的方法

摘要

活性炭催化臭氧氧化－生物活性炭净化水中污染物的方法，属水处理技术领域。为了解决现有技术中臭氧利用效率低，有机物去除效率低，处理成本高的问题，本发明公开了一种净化水中污染物的方法，包括活性炭催化臭氧氧化和生物活性炭两个单元：待处理的水从活性炭催化臭氧氧化反应器的下部进入，臭氧气体从反应器底部通入，臭氧气体经反应器中的布气板与水均匀混合；水和臭氧气体向上流经反应器中填充的活性炭层，停留时间为5～30min，水中的有机污染物被去除或转化；初步处理的水流入填充生物活性炭层的反应器，停留时间为5～90min，水中有机污染物被生物降解、去除。本发明对水中有机污染物的去除效率大大提高，而处理成本很低。

说明书

技术领域

本发明属水处理技术领域，涉及一种去除水中污染物的方法，尤其涉及一种被微量有机物污染的水的深度净化方法。

背景技术

水中微量有机物污染的问题越来越突出，如饮用水源中存在的微量天然有机物和有毒有害的人工合成有机物，这些天然的有机物与自来水中消毒副产物的生成有很大的关系。又如，城市污水处理厂的二级出水也含有很多种类的有毒有害的人工合成有机物和天然有机物，对于污水回用也会有较大的影响。饮用水中可能存在的消毒副产物以及痕量的内分泌干扰物、持久性有机物也对人体健康产生不利的影响。传统的自来水生产工艺，即絮凝—砂滤—消毒净化方法并不能有效地去除水中微量有机污染物。

臭氧氧化—生物活性炭技术是目前国际上普遍采用的净化水中微量有机污染物的方法，即含有微量污染物的水先经过臭氧氧化，有机物得到初步降解，然后再用生物活性炭方法进一步净化。由于臭氧与有机物反应有较强的选择性，即与某些物质反应较快，而与某些物质反应的很慢，不能很有效地降解所有有机物；此外，单独的臭氧氧化单元中，臭氧由气相向水中的传质也不太理想，臭氧不能被水充分地吸收，尾气中臭氧浓度很高，导致臭氧的利用效率不高。其结果是，在臭氧氧化单元，有机物不能得到很好的降解，同时影响后续生物活性炭的处理效果，臭氧利用率低、消耗量大，导致整个臭氧氧化—生物活性炭工艺对微量有机物的去除效率不尽理想，处理成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有臭氧氧化技术中臭氧利用效率低，有机物去除效率低，处理成本高的问题，提供一种更有效的去除水中污染物尤其是微量有机物的方法。

本发明提供了一种活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭净化水中污染物的方法，其特征在于该方法主要包括下述的活性炭催化臭氧氧化和生物活性炭两个单元：

待处理的水从活性炭催化臭氧氧化反应器的下部进入，臭氧气体从所述反应器的底部通入，所述臭氧气体经过所述反应器中的布气板与水均匀混合；水和臭氧气体向上流经反应器中填充的活性炭层，停留时间在5～30min之间，水中的有机污染物被去除或转化；初步处理后的水中从所述反应器的上部流出，臭氧尾气从所述反应器的气体排放口排出；

经上述初步处理的水从生物活性炭反应器的一侧流入，水流经反应器中填充的生物活性炭层，停留时间在5～90min之间，水中有机污染物被生物降解、去除；处理后的水从所述反应器另一侧流出。

根据待处理水的水质以及对处理后水质要求的不同，水在活性炭催化臭氧氧化单元的臭氧投加量在0.5mg/L～20mg/L之间；水在活性炭催化臭氧氧化单元和生物活性炭单元的停留时间越长，臭氧投加量越高，水中污染物的去除效果就越好，处理后水的质量越好，但处理成本会增加。

本发明所述的活性炭催化臭氧氧化单元中的活性炭层可以是由普通的活性炭组成，或者是由负载金属氧化物的活性炭组成。活性炭上负载的金属氧化物可以是镍、铁、铜、锰、钛等的单组分氧化物，也可以是镍、铁、铜、锰、钛等的多组分氧化物，活性炭可以是颗粒、粉末的或纤维状的活性炭。

在活性炭催化臭氧氧化单元，活性炭或负载金属氧化物的活性炭的作用有三：

其一：活性炭可以作为催化剂，催化臭氧氧化有机污染物，对污染物的降解更有针对性；同时活性炭还可以促进臭氧转化为氧化性更强的羟基自由基等活性基团，来氧化有机污染物；

其二：活性炭可以作为吸附剂，吸附水中的有机污染物，利于臭氧氧化、降解。有机污染物被氧化后，活性炭在反应器内部得到再生，始终保持吸附能力；

其三：活性炭可以促进气相臭氧的溶解，改善臭氧的传质，提高臭氧的利用效率。

含有微量有机污染物的水经过活性炭催化臭氧氧化，其中的有机污染物被更快地去除和转化，可生物降解性也得到更大的提高，更容易被微生物降解，所以更适合后续生物活性炭的处理，微量有机污染物的去除效果更好。

本发明是将活性炭催化臭氧化和生物活性炭有机的组合在一起，并应用于微污染水的净化，对水中有机污染物的去除效率大大提高，可以降低臭氧的投加量，降低水处理成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来详述一下本发明的实施例：

实施例一：城市污水处理厂二级出水的活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭净化。

如图1所示，城市污水处理厂的二级出水从活性炭催化臭氧氧化反应器100的下部进入，臭氧气体从所述反应器的底部通入，臭氧气体经过所述反应器中的布气板102与水均匀混合；水和臭氧气体向上流经反应器中填充的活性炭层101，停留时间为16min，水中的有机污染物被去除或转化；初步处理后的水中从所述反应器的上部出水口104流出，臭氧尾气从所述反应器的气体排放口103排出；

经上述初步处理的水从生物活性炭反应器200一侧的进水口205流入，水流经反应器中填充的生物活性炭层201，停留时间在15min之间；水中有机污染物被生物降解、去除，处理后的水从所述反应器另一侧的出水口202流出。

根据水中污染物的浓度及处理要求，还可以往生物活性炭单元中曝气。生物活性炭单元运转一段时间后，要进行反冲洗以更新生物活性炭的表面，反冲洗水从生物活性炭单元的下部出水口202流入，经过砾石203和生物活性炭层201，最后从上部反冲洗水出水口204排出。

在活性炭催化臭氧氧化单元，可以根据处理目标投加不同剂量的臭氧。当臭氧投加量分别为3mg/L和6mg/L时，对水中污染物的去除效果见表1。

表1  臭氧投加量为3mg/L和6mg/L时对二级出水中有机物的去除效果

水质指标             TOC         COD_Mn臭氧投加量(mg/L)3 6 3 6进水浓度(mg/L)10.1-13.1 10.8-14.8 9.5-11 9.3-12.5O₃/AC+BAC的平均去除率(％)38.2 42.4 48.5 71.3O₃+BAC的平均去除率(％)31.3 37.8 43.4 66.4O₃/AC的平均去除率(％)15.8 27.5 21.6 35.9O₃的平均去除率(％)11.6 21.6 18.3 32.5

注：O₃/AC+BAC为活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法；O₃+BAC为臭氧氧化—生物活性炭方法；O₃/AC为活性炭催化臭氧氧化方法；O₃为臭氧氧化方法。

臭氧投加量为3mg/L时，臭氧氧化—生物活性炭方法对水中总有机碳(TOC)去除率为31.3％，而活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法的TOC去除率为38.2％，去除率提高22％，比臭氧氧化—生物活性炭投加6mg/L时的去除率(37.8％)还高；而活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法对高锰酸盐指数(COD_Mn)的去除率提高11.8％。

臭氧投加量为6mg/L时，活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法对高锰酸盐指数(COD_Mn)的去除率达到71.3％。

实施例二：活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法净化含微量有机物的水库水。

采用活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法净化水库水，其步骤与实施例一大致相同，其中待处理的水库水在活性炭催化臭氧氧化单元的停留时间为16min，在生物活性炭单元的停留时间为15min。在活性炭催化臭氧氧化单元，可以根据处理目标投加不同剂量的臭氧。当臭氧投加量为3mg/L时，对水中污染物的去除效果见表2。

臭氧氧化—生物活性炭方法对水中总有机碳(TOC)的去除率为32.9％，活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法的TOC去除率为36.9％，提高12％。活性炭催化臭氧氧化比单独臭氧氧化的TOC去除率提高20％。

表2  臭氧投加量为3mg/L时对水库水中有机物的去除效果

    水质指标    TOC    COD_Mn    进水浓度(mg/L)    5.7-8.6    3.1-4.1    O₃/AC+BAC方法    的平均去除率(％)    O₃/AC    11.4    20.2    O₃/AC+BAC    36.9    47.8    O₃+BAC方法的    平均去除率(％)    O₃    9.5    17.9    O₃+BAC    32.9    43.2

注：O₃/AC为活性炭催化臭氧氧化方法；O₃/AC+BAC为活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法；O₃为臭氧氧化方法；O₃+BAC为臭氧氧化—生物活性炭方法。

当臭氧投加量为3mg/L、活性炭催化臭氧氧化单元的停留时间为16min，生物活性炭单元的停留时间分别为15min、30min和60min时，水中污染物的去除效果见表3。当没有后续的生物活性炭单元时，活性炭催化臭氧氧化单元对总有机碳(TOC)和高锰酸盐指数(COD_Mn)的去除率分别只有11.1-11.4％和17.5-20.2，当采用本发明所述的活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法后，TOC和COD_Mn的去除率达到36.9％和47.8％(生物活性炭停留时间15min)、42.5％和56.7(生物活性炭停留时间30min)、45.2％和64.0％(生物活性炭停留时间60min)，提高效果十分显著。

表3  生物活性炭单元不同停留时间下水库水污染物的去除效果

    水质指标                TOC               COD_Mn生物活性炭单元停留时间(min) 15 30 60 15 30 60进水浓度(mg/L) 5.7-8.6 5.4-7.0 6.4-7.3 3.1-4.1 3.3-4.3 3.8-4.3平均去除率(％)O₃/AC 11.4 11.1 11.2 20.2 17.7 17.5O₃/AC+BAC 36.9 42.5 45.2 47.8 56.7 64.0

注：O₃/AC为活性炭催化臭氧氧化方法；O₃/AC+BAC为活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法。